목적지에 도착한 우주망원경 ‘제임스 웹’이 할 일은?

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제임스 웹 우주망원경 (출처:NASA)

우주에는 조금도 관심이 없는 사람이라 해도 ‘허블 우주망원경(HST, Hubble Space Telescope)’이란 이름은 한 번쯤 들어봤을 것이다.

허블 우주망원경은 우주 관측 활동을 위해 미국 항공우주국(NASA)에서 개발한 고성능 우주망원경이다. 허블이라는 이름은 미국의 천문학자 에드윈 파월 허블(Edwin Powell Hubble)에서 유래했다. 허블은 안드로메다대성운까지의 거리를 계산해내고 우리 은하가 무수히 많은 은하 중 하나라는 사실도 증명해낸 인물이다.

허블 우주망원경의 크기는 길이 13.2m, 무게 1만 2000kg이다. 1990년 4월 24일 우주왕복선 디스커버리호에 실려서 지구 상공 559km에 올라 시속 2만 7000km 속도로 돌면서 자신이 맡은 바 임무를 수행하고 있다. 대기권 밖으로 나가면 지상에서는 관측이 어려웠던 것까지 발견해낼 수 있다.

허블 우주망원경

우주 과학 분야에서는 혁혁한 공을 세워왔다. 블랙홀을 관측하고 우주 팽창 속도 규명에 도움을 주기도 했다. 대략적으로 추정돼오던 우주의 나이도 허블 우주망원경이 수집한 자료가 있어 139억 년이라고 밝혀낼 수 있었다. 우주망원경을 ‘인류의 눈’이라고 부르는 것이 쉽게 이해가 된다.

하지만 허블 우주망원경이 언제나 새것 같을 수는 없다. 근래 들어 잦은 고장 탓에 가동이 중단되는 일들을 겪어야 했다. 같은 문제들이 발생하고 다시 정상화되는 과정을 반복하면서 역할을 수행 중이다.

2021년 6월에는 고장으로 인해 한 달간 가동이 중단되는 일도 벌어졌다. 각종 장비들을 제어하는 페이로드 컴퓨터에 이상이 생겼던 것이다. 허블 우주망원경은 안전에 위협적인 조건들이 감지되면 카메라를 비롯한 모든 장비들을 안전모드로 전환한다. 기기 고장으로 인해 장비들은 안전모드로 전환됐고 우주 관측도 더는 할 수 없게 됐다. 미항공우주국은 고장 원인을 분석해 수정사항 들을 기기에 반영했고 결국 컴퓨터를 재가동하는 데 성공했다.

블랙홀 (출처:EHT)

여러저기서 우려가 제기됐지만 NASA는 “노후화되고 있으나 작별인사를 할 때는 아니다”라고 일축하며 수년간 더 활동할 수 있다고 설명했다. 그동안 NASA는 크고 작은 고장을 바로잡기 위해 우주왕복선을 보내 수리하거나 소프트웨어 업데이트를 통해 허블 우주망원경을 정상화해왔었다.

사실 허블 우주망원경은 진작에 물러나야 했다. 허블 우주망원경의 설계 수명은 15년이다. 실전적인 생명력은 끝난 것이다 다름없다. 1990년부터 임무를 수행해왔으니 당초 계획대로라면 2005년까지만 활용했어야 했다. 하지만 17년이라는 시간이 흘러 지금까지도 허블 우주망원경은 사용된다.

아무리 허블 우주망원경이 건재하다 해도 이제는 대체할 새로운 우주망원경에게 자리를 내어줄 때가 됐다.

차세대 우주망원경의 등장

허블 우주망원경의 뒤를 잇는 우주망원경으로는 ‘제임스 웹 우주망원경(JWST, James Webb Space Telescope)’이 선택됐다. NASA와 유럽우주국(ESA), 캐나다우주국이 협력해 기존 우주망원경을 보완할 새 우주망원경을 만들게 됐다.

이름은 NASA의 2대 국장을 역임한 제임스 웹(James Webb)에서 따왔다. 그는 우주 개발에 많은 기여를 한 인물로 평가되며 그의 공적을 기리는 의미로 망원경 명칭에 이름이 사용됐다.

새로운 역사는 지난해 크리스마스 저녁에 쓰였다. 우리 시간으로 2021년 12월 25일 저녁 9시 20분 남아메리카 기아나 우주센터에서 제임스 웹 우주망원경이 발사됐다. 그간 진행 과정이 순조롭지는 않았다. 여러 이유로 제작과 준비가 늦어져 계획했던 일정과 달리 몇 년 이상 프로젝트가 지연돼왔다. 수차례 발사 계획이 연기되다 마침내 발사에 성공했던 것이다.

지난 25일 NASA는 150만km를 날아간 우주망원경이 드디어 최종 목적지에 도착했다고 전했다. 제임스 웹 우주망원경이 안착한 곳은 라그랑주 포인트(Lagrangian point)다. 정확하게는 L2 지점이다. L2는 지구와 태양의 중력이 균형을 이루는 곳으로 L1에서 L5까지 총 5개의 라그랑주 포인트 중 하나다. 지구 공전 주기와 동일하게 태양 주변을 돌게 돼 우주나 지구 관측이 수월하다. 항상 지구가 태양을 가리는 지점이라 햇빛이 관측을 방해하지도 않는다. 현재 L2에는 유럽우주국의 가이아 3D 항성 매퍼(Gaia 3D star-mapper)가 궤도를 돌고 있으며 2027년에는 낸시 그레이스 로먼 우주망원경(Nancy Grace Roman Space Telescope)도 합류할 예정이다.

약 6개월 동안의 준비 기간이 완료되면 본격적으로 연구 활동을 시작하게 된다.

제임스 웹 우주망원경은 우주의 기원이나 외계 행성 대기와 같이 지금까지 밝혀지지 않았던 수수께끼 같은 일들에 조금씩 다가갈 예정이다.

제임스 웹 우주망원경

제임스 웹 우주망원경은 여러모로 허블 우주망원경에 비해 뛰어나다. 일단 우주에 발사된 우주망원경 중에서 가장 크고 성능도 뛰어나다. 뛰어난 성능으로 135억 광년 떨어진 곳에서 전달되는 희미한 적외선까지도 포착해낸다. 허블 우주망원경이 10억 광년 이내의 빛과 행성을 추적했던 것과 비교하면 큰 차이다.

반사경 직경이 매우 커 더 많은 빛을 모을 수 있다. 물론 거대한 반사경의 크기 때문에 설치가 까다롭다는 문제가 있다. 이를 해결하려 18개 정육각형 형태 조각을 모아서 반사경을 제작해 발사 전에는 반사경의 넓이를 최소화하고 설치 뒤에는 반사경을 펼쳐 커다란 모습을 드러내게 했다. 4월 24일쯤이면 반사경이 완전한 모습을 드러낼 것으로 보인다.

기대하기 어려운 것도 있다. 허블 우주망원경은 559km 저궤도에 설치됐기에 고장이나 이상이 발생하면 그동안 여러 방법으로 문제를 해결할 수 있었다. 우주왕복선을 띄워 고장난 부분을 수리하고 장비 업그레이드도 가능했다. 하지만 제임스 웹 우주망원경은 워낙 멀리 떨어져 있다 보니 심각한 이상이 발견돼도 손도 써보지 못하는 상황이 발생할 여지가 크다. 이를 대비해 믿을만한 소재들이 아낌없이 사용됐다. 반사경은 반사율이 높고 낮은 온도에서도 변형되지 않는 소재인 베릴륨이 활용됐다.

제임스 웹 우주망원경이 성공적으로 설치되면서 허블 우주망원경과 함께 우주 연구 수준을 한 단계 높여줄 것으로 기대된다. 이로써 인류의 눈이 하나 더 늘었다.

테크플러스 에디터 나유권

tech-plus@naver.com​

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